閉環式果木碳氣循環利用系統

宋奎柱　尹修媛　穴岳　閆佳穎　邵鵬赫

摘要：針對蘋果種植村落和種植戶推出一種小型的低成本無污染高效率的農林廢料制炭循環機器和一種針對機制炭廠的煙氣處理裝置。通過高溫熱解將農林果木和秸稈廢料轉化為木炭，并同時得到化肥木粗液和木煤氣燃氣燃料，滿足農林廢料處理，果樹化肥需求，生活燃氣需求和冬季取暖需求。延伸蘋果產業鏈，廢物利用提高村民附加價值，通過副產品生產利用降低木炭生產和環保設備成本，使得木炭和蘋果產業實現環保良性發展。

關鍵詞：煙氣處理;閉環式果木碳氣循環利用系統;環保

山東煙臺的棲霞市蘋果產量已達到220萬噸，蘋果枝條產生量達到了20萬噸每年，大量廢棄枝條只能作為燒柴堆放，遺棄田間，既浪費資源，燃燒枝條還產生空氣污染。目前除了少量的農戶燒柴，剩余廢棄枝條最高效的處理辦法是經過炭廠炭化燒制成為木炭，但是這種方式也同樣面臨問題，傳統木材炭化工藝簡陋粗放，經過簡單干餾制炭工藝后，木材干餾產生的煙氣被直接排向空氣中，因此碳廠都面臨被當地環保局關停的境遇。針對這一問題，做出一種對廢棄枝條高效利用并且符合國家環保要求的閉環式果木碳氣循環利用系統。

1.裝置的工作原理

木材置入炭化爐中蓋蓋密封并連接處理系統管道對雙層炭化爐點火，再經過一段時間后開始出現可燃煙氣，煙氣經過排練控制箱達到一定顯示壓力后通入煙氣冷凝循環系統，經過兩段式冷凝管進行煙氣液化，箱內循環管外進行循環水噴淋，循環水通過管道連接外部冷凝塔和水泵進行熱交換循環達到節水效果，內部煙氣液化部分經過閥門通過箱底沉降進入木醋液和木焦油沉降分離箱，氣化部分沿著管道通入木煤氣收集口也可以通過過管道回到雙層干餾爐進行燃燒節省燃料。同時我們的煙氣處理系統與木炭干餾炭化爐互相分離嗎，可以單獨安裝各種型號的炭化爐，因此可以滿足幾乎所有炭廠的要求。

2.與同類產品的比較

在該機器中我們使用了相對簡單的物理降溫法，同時使用水循環系統以達到節約用水和水資源循環利用的目的，煙氣排放控制箱可以使煙氣連續穩定釋放，溫度壓力安全控制系統可以讓本系統的安全系數大大增加。

在傳統的木炭機中，冷水直接噴淋煙氣，被煙氣污染，產生大量廢水，無法分開利用。為解決這個問題，我們在第一次裝置中優化冷凝方式，改為雙層隔板和冷凝管方案，煙氣通過冷凝塔之后，木醋液經過液化冷凝成為液體，進入收集桶，經過靜止，可進行提取，而不能冷凝的氣體部分包括一氧化碳，氫氣甲烷等可燃氣體，通過管道回到炭化爐重新燃燒，為木炭機節省燃料。

與其他機器相比，本系統占地面積小，成本低廉，結構比較簡單，安裝方便，其他煙氣處理系統一般采用水冷凝，活性炭吸附，電磁吸附等方法成本較高而且設備復雜體積較大，不適宜小型燒炭場使用，本系統能源主要消耗在水泵和煙氣排放控制箱，相比其他設備的能源消耗幾乎可以忽略不計，同時炭得無煙項目煙氣處理系統的冷凝管設備的冷凝和冷凝水的冷卻與木炭干餾炭化爐的自然冷凝同步進行，極大地節約了時間，基本可以做到燒炭和煙氣處理同步進行，同時通過氣液分離系統對煙氣處理之后所得的廢液中有很多可以二次利用的產品如煤焦油等可以經過二次處理后分離利用提高了產物利用率，做到了循環利用，同時本系統對煙氣冷凝的粗木醋液呈現弱酸性，稀釋后可對果樹進行噴淋，有促進果樹生長的作用，因此分離所得廢液也可以作為商品進行售賣一定程度提高了經濟效益攤平生產成本。

總體而言，炭得無煙項目冷凝液為水成本很低，而且利用完整的循環系統將冷凝水循環利用，且煙氣冷凝分離所得產物，液態為粗木醋液，氣態為該設備可以進行收集或進行二次燃燒也可作為木煤氣單獨燃燒，真正做到零污染，同時粗木醋液可以作為單獨產品進行出售，做到循環利用的同時降低生產成本提高經濟效益，在能耗方面，水泵和煙氣排放控制箱的能耗相對電磁吸附裝置的能耗基本可以忽略不計，同時煙氣處理和燒炭裝置同時進行，不存在時間的差距相當于縮短時間，效率方面不同型號的機器可以滿足不同燒炭機器的要求從而滿足各種炭廠需求，可以達到效率提升的目的。

3.適用范圍及推廣前景

近年來，國家和山東省出臺新舊動能轉換的政策，重點環保設備節能減排現代產業鏈兩端，等科研投入、推廣先進處理技術等。本設備通過高效率設計和持續研發減少成本，價格便宜，對廢棄農林廢料有機質利用達到90%以上，解決了秸稈和廢棄果木枝條農林廢料再利用問題和木炭生產工業中嚴重的空氣污染問題，污染轉化為農業生產生活中可以利用的木粗液生物質化肥和良好的木煤氣生物質燃料，不僅適合大規模產業化生產，而且完全適合于小型農戶家庭自主使用或自主創業。為普遍適應不同農戶和木炭生產強企業生產量，公司前期進行用戶需求分析根據各廠家需求量生產炭得無煙系列產品，以適應村鎮和大中小型木炭加工企業。

參考文獻

[1]張群力，牛宇，張巖.燃氣鍋爐煙氣冷凝余熱回收與低氮排放協同處理技術研究[J].建設科技，2019（15）：8-11.

[2]張群力，王明爽，矯育青，孫東晗，范興泉，王巖.噴淋式助燃空氣加濕型煙氣冷凝余熱回收系統實驗研究[J].科學技術與工程，2019，19（11）：123-129.

[3]國玉山，王隨林，陳康，魏亦強，潘樹源，侯娜，陳紅兵，趙巖.煙氣冷凝熱回收裝置的節能與凈化煙氣效果的工程試驗[J].暖通空調，2013，43（01）：105-108.